關于配電變壓器防雷接地的問題

摘要：針對地處多雷區的配電臺區，提出了防雷措施，有效地防止了變壓器受雷擊而損壞事故，提高供電可靠率。

關鍵詞：防雷接地 接地電阻 三位一體 四點共同接地

中圖分類號：TM8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0094-02

針對近幾年來我市遇惡劣天氣較多，我局配電變壓器時有遭雷擊并損壞造成供電可靠率下降，設備損壞，并致使用電客戶家用電器燒壞，群眾對此反應較大。對損壞變壓器進行接地電阻測試，接地電阻超出《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》及《電力設備預防性試驗規程》規程規定，其主要原因是由于變壓器接地方式不正確，接地裝置不規范，導致避雷器降低或失去保護作用，如果有雷電擊打在變壓器上或線路上，變壓器就會有被雷擊壞的可能，使我局供電可靠性下降，設備損壞率上升，從而影響經濟效益，造成社會負面影響。

1 現狀調查及原因分析

我局管轄有20個鄉鎮，143條10kV線路，其中4071臺供電臺區，多數是新型節能變壓器，但也有不少的高能耗變壓器，這些高能耗變壓器運行時間長，缺乏運行維護，設備老化，本體性能差，加之防雷接地設計不周、結構不合理、施工質量差等諸多問題，時刻危及電網的安全運行，由于所轄供電區地質情況較復雜，各臺區土壤電阻率相差較大，且配電變壓器接地方式單一（只用兩50×5，長約2.5m的角鐵打入地下，且兩個接地極沒有用接地扁鐵可靠連接），接地電阻多數超出《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》及《電力設備預防性試驗規程》規程要求，沒有符合《交流電氣裝置的接地》規程要求，致使高壓側避雷器的放電沖擊電流無法快速泄入大地，降低或失去了保護變壓器的作用。

1.1 目前我局采用的配變防雷接地方法

目前我局配電變壓器的防雷接地方式如圖1所示，這種接地方式為三位一體，配電變壓器防雷接地采取高壓側接避雷器上端，然后將避雷器下端用接地引下線與接地裝置連接。低壓側星點與配電變壓器外殼、低壓避雷器共用一個接地裝置。低壓側星點接地串聯接在變壓器外殼上按照《交流電氣裝置的接地標準》電氣設備每個接地部分應以單獨的接地線與接地母線相連接，嚴禁在一個接地線中串聯幾個需要接地的部分，如接地線串聯使用，則當一處接地線斷開時，造成了后面串接設備接地點均不接地，所以規定禁止串接。

我局配電低壓側安裝有低壓避雷器，但低壓配電箱多數未能可靠接地，當低壓側有雷電波侵入時，容易引起正變換過電壓，即當雷電波由低壓線路侵入時，配電變壓器低壓繞組就有沖擊電流流過。這個沖擊電流也同樣按匝數比在高壓繞組上產生感應電動勢，使高壓側中性點電位大大提高，它們層間和匝間的梯度電壓也相應增加，高低壓線圈絕緣容易擊穿。

高壓線圈與外殼之間承受的電壓除避雷器殘壓外，還增加了接地引下線的電感、電阻上的壓降，這個壓降在雷電流沖擊下是不可忽視的，使其保護效果大為降低。另外，接地電阻過大，如果三相負載不平衡，低壓中性點位移，將在中性線和變壓器外殼上產生電壓，可能發生接觸電壓和跨步電壓，對人身安全造成威脅。

1.2 配變接地裝置分析

我局配變接地裝置的埋設位置多數隨臺架（電桿）敷設，一般間距為2.5m，間距較短，造成相互電流屏蔽效應（電流屏蔽效應是并聯接地極的各散流電流出現彼此排擠的現象），接地極的距離越近，相互間電流的影響越大。由于各接地極的電流向大地散流時，在空間上的電流互相排擠，誰都不可能像單獨占用空間時那樣自由順暢地散流，使得每個接地極散流的阻力增大即散流電阻（接地電阻）增大，因而接地電阻并聯值增大。

當高壓側侵入雷電波，引起避雷器動作時，在接地電阻上流過大量的沖擊電流，當接地電阻超出規程規定（我局配電變壓器接地電阻往往都超出規程規定），避雷器不能可靠動作，避雷器的殘壓很大，將作用在高壓繞組的上，將造成高壓或低壓繞組絕緣降低或擊穿。

2 要因確認

各臺區土壤電阻率相差較大，接地裝置單一，接地裝置間距較短，造成相互電流屏蔽效應，且多數沒有通過扁鐵可靠連接，未形成可靠接地裝置，接地電阻超出《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》及《電力設備預防性試驗規程》規程規定。

配電變壓器中性點接地方式不正確且接地引下線大部分用鋁線代替，變壓器長期運行鋁線會出現嚴重氧化，接地電阻增大，再加上地埋接地體銹蝕、斷裂，造成中性點電位偏移，可能發生接觸電壓和跨步電壓，對人身安全造成威脅，應用裸銅絞線截面不小于35mm2。

大多數低壓配電箱未能可靠接地，使低壓側避雷器失去防雷作用，低壓避雷器從安裝到運行期間未做過試驗。

根據《電力設備預防性試驗規程》規程規定，接地裝置不超過6年進行一次試驗，但我局農村配電接地裝置未做過試驗

3 制定對策

變壓器接地方法改造：

提出以下整改方案如下（如圖2所示）：

該接地裝置為四點共同接地，采取變壓器外殼與高壓側避雷器共用一個接地裝置，如將避雷接地線和變壓器外殼連在一起再接地，那么只有避雷器殘壓作用在變壓器上，可避免疊加高電壓損壞配電變壓器的絕緣。低壓側中性點與低壓側避雷器共用一個接地裝置，且兩個接地裝置的接地極要可靠連接。

其目的是為了防止流經避雷器的雷電流，在接地電阻上的壓降施加在變壓器繞組上。共同連接以后，設備絕緣所承受的電壓只是避雷器的殘壓，雷擊電流在接地電阻上的壓降，就不會作用在設備的內絕緣上。該接地方式對高壓線圈的防雷保護合理，且高壓側受雷擊時對低壓中性線的沖擊也較?。ú糠掷纂娏饕淹ㄟ^接地裝置流入地中）

（1）接地裝置整改措施：

按《交流電氣裝置的接地》標準規定，配電變壓器臺區的接地裝置應敷設為閉合環形，并加垂直接地極，這是因為環形內的接觸電壓比較低，而沿環形接地體走路的行人，其跨步電壓也較小，城區的配電變壓器大多安裝在路邊，常有人走動，敷設為環形，可以保障行人人身安全。環形的大小，一般以5m為直徑，這是因為要發揮水平接地極和垂直接地極的散流效果，減少相互電流屏蔽效應，降低接地電阻而必需的。但有些安裝地點過于狹窄時，可為橢圓形，短軸距不得低于3m。

（2）對已建成臺區進行改造：

測試接地電阻、土壤電阻率、接地導通試驗，接地裝置是否能滿足變壓器工作、保護與防雷接地要求，對不合格或腐蝕嚴重的接地裝置，應及時予以更換或改造。對三位一體接線方式，改為四點共同接地。

可以測量土壤電阻率制定接地極數量及形狀，對土壤電阻率低的臺區，采取適當增加不同形狀的復合接地體，變達到需要的接地電阻值。

對高土壤地區應根據實地情況，選擇接地裝置如放射狀或作水平延伸。土壤電阻率大于500 mΩ時，每根最大長度為40m，大于1000 mΩ時，每根最大長度為60m，我局土壤電阻率通常為mΩ。

如還不能滿足規定的接地電阻時，可采用降低以下降低接地電阻的措施：

①更換土壤

采用電阻系數較低的黏土、黑土及沙質土代替原有電阻系數較高的土壤，一般換掉接地體上不部1/3長度，周圍0.5m以內的土壤。

②人工處理土壤

在接地體周圍土壤中加入化學物，如食鹽、木炭、爐灰、氮肥渣、電石渣、石灰等，提高接地體周圍土壤的導電性。其中食鹽工程造價較低而且效果明顯，但土壤經人工處理后，會降低接地的熱穩定性、加速接地體的腐蝕、減少接地體的使用年限。因此一般來說，是在萬不得以的條件下才建議采用。

③深埋接地極

當地下深處的土壤或水的電阻率較低時，可采用深埋接地極來降低接地電阻值，這種方法對含砂土壤最有效果。但施工困難，土方量大，造價高，在巖石地帶困難更大。

4 關于接地裝置的施工

對新建的配電臺區進行安裝前，要進行土壤電阻率測試，進而制定接地裝置數量及制定接地裝置方案。

選取接地裝置材料應按《交流電氣裝置的接地》規程規定，按土壤對接地體的腐蝕，使用年限按30年，年腐蝕率0.1～0.2mm及接地裝置按熱穩定要求選取。

施工要求：

（1）接地體的埋設深度其頂部不應小于0.6m，角鋼及鋼管接地體應垂直配置。

（2）垂直接地體長度不應小于2.5m，其相互之間間距一般不應小于5m。

（3）接地體埋設位置距建筑物不宜小于1.5m；遇在垃圾灰渣等埋設接地體時，應換土，并分層夯實。

（4）當接地裝置必須埋設在距建筑物出人口或人行道小于3m時，應采用均壓帶做法或在接地裝置上面敷設50～90mm厚度添置瀝清層。其寬度應超過接地裝置2m。

（5）接地體（線）的連接應采用焊接，焊接處焊縫應飽滿并有足夠的機械強度，不得有夾渣、咬肉、裂紋、虛焊、氣孔等缺陷，焊接處的藥皮敲凈后，刷瀝青做防腐處理。

（6）采用搭接焊時，其焊接長度如下：

①鍍鋅扁鋼不小于其寬度的2倍，三面施焊。（當扁鋼寬度不同時，搭接長度以寬的為準）敷設前扁鋼需調直，煨彎不得過死，直線段上不應有明顯彎曲，并應立放。

②鍍鋅圓鋼焊接長度為其直徑的6倍并應雙面施焊（當直徑不同時，搭接長度以直徑大的為準）。

③鍍鋅圓鋼與鍍鋅扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6倍。

④鍍鋅扁鋼與鍍鋅鋼管（或角鋼）焊接時，為了連接可靠，除應在其接觸部位兩側進行焊接外，還應直接將扁鋼本身彎成弧形（或直角形）與鋼管（或角鋼）焊接。

（7）當接地線遇有白灰焦渣層而無法避開時，應用水泥砂漿全面保護。

（8）采用化學方法降低土壤電阻率時，所用材料應符合下列要求：

①對金屬腐蝕性弱；

②水溶性成分含量低。

（9）所有金屬部件應鍍鋅。操作時，注意保護鍍鋅層。

接地體間的扁鋼敷設：

（1）扁鋼敷設前應調直，然后將扁鋼放置于溝內，依次將扁鋼與接地體用電焊（氣焊）焊接。扁鋼應側放而不可放平，側放時散流電阻較小。扁鋼與鋼管連接的位置

（2）距接地體最高點約100mm。焊接時應將扁鋼拉直，焊好后清除藥皮，刷瀝青做防腐處理，并將接地線引出至需要位置，留有足夠的連接長度，以待使用。

5 結語

在雷雨多發地可增加10kV配電線路避雷器，建立配電變避雷器校驗檔案記錄，并曾加開展低壓側避雷器校驗工作，對供電所人員進行培訓，使其能正確使用接地電阻測試議，在雷雨季節來前，對配電臺區接地電阻進行測試。所以我們必須嚴格按標準的有關規定執行，認真施工，以確保防雷和接地的安全運行。

參考文獻

[1] 韓愛芝.判斷變壓器繞組變形的簡單方法[J].變壓器，2003（4）.

[2] 陳化鋼.電氣設備預防性試驗方法[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3] DL/T 596-1996電力設備預防性試驗規程[S].